JP2018050234A - Imaging apparatus and method of processing imaging apparatus - Google Patents
Imaging apparatus and method of processing imaging apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018050234A JP2018050234A JP2016185697A JP2016185697A JP2018050234A JP 2018050234 A JP2018050234 A JP 2018050234A JP 2016185697 A JP2016185697 A JP 2016185697A JP 2016185697 A JP2016185697 A JP 2016185697A JP 2018050234 A JP2018050234 A JP 2018050234A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- digital
- analog
- pixel
- ramp signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、撮像装置及び撮像装置の処理方法に関する。 The present invention relates to an imaging apparatus and a processing method of the imaging apparatus.
特許文献1には、アナログデジタル変換を行う撮像装置が開示されている。撮像装置は、光電変換された電荷に基づく画素信号と、レベルが一定の傾きで変化する参照信号とを比較して、画素信号と参照信号の大小関係が所定の関係に達する時間に基づいて出力信号をデジタル化するアナログデジタル変換を行い、撮像データを生成する。読み出し部は、画素の撮像信号のアナログデジタル変換として、第1の傾きの参照信号による第1のアナログデジタル変換と、第2の傾きの参照信号による第2のアナログデジタル変換を実行する。また、読み出し部は、ゼロ信号のアナログデジタル変換として、第1の傾きの参照信号による第3のアナログデジタル変換と、第2の傾きの参照信号による第4のアナログデジタル変換を実行する。そして、撮像装置は、第1のアナログデジタル変換結果から第3のアナログデジタル変換結果を減算したデジタルデータと、第2のアナログデジタル変換結果から第4のアナログデジタル変換結果を減算したデジタルデータのいずれかを画素毎に選択する。そして、撮像装置は、その選択したデジタルデータに基づいて撮像データを生成する。これにより、高速で高解像度のアナログデジタル変換が可能となり、画素データのバラつきによる縦線がキャンセルされた撮像データを得ることができ、水平転送量の増加を低減でき、フレームレートの低下を抑制することができる。 Patent Document 1 discloses an imaging device that performs analog-digital conversion. The imaging device compares the pixel signal based on the photoelectrically converted charge and the reference signal whose level changes with a constant inclination, and outputs based on the time when the magnitude relationship between the pixel signal and the reference signal reaches a predetermined relationship Analog-digital conversion for digitizing the signal is performed to generate imaging data. The reading unit performs first analog-digital conversion using a reference signal having a first inclination and second analog-digital conversion using a reference signal having a second inclination as analog-digital conversion of an imaging signal of a pixel. In addition, the reading unit performs third analog-to-digital conversion using the reference signal having the first inclination and fourth analog-to-digital conversion using the reference signal having the second inclination as analog-to-digital conversion of the zero signal. Then, the imaging apparatus can select either digital data obtained by subtracting the third analog-digital conversion result from the first analog-digital conversion result, or digital data obtained by subtracting the fourth analog-digital conversion result from the second analog-digital conversion result. Is selected for each pixel. The imaging device generates imaging data based on the selected digital data. As a result, high-speed and high-resolution analog-digital conversion becomes possible, imaging data in which vertical lines due to variations in pixel data are canceled can be obtained, an increase in horizontal transfer amount can be reduced, and a decrease in frame rate can be suppressed. be able to.
しかし、特許文献1では、ゼロ信号は、有効画素の領域外のダミー画素の信号であるため、通電中の温度上昇によるレベル変位が反映されず、参照信号の傾きの差が吸収されない。そのため、アナログデジタル変換時に黒レベルのオフセットによる画質劣化が生じたり、縦線等のノイズが残留してしまい、画像品質が劣化するという課題がある。 However, in Patent Document 1, since the zero signal is a signal of a dummy pixel outside the effective pixel region, a level shift due to a temperature rise during energization is not reflected, and a difference in inclination of the reference signal is not absorbed. Therefore, there is a problem that image quality is deteriorated due to black level offset at the time of analog-digital conversion, or noise such as a vertical line remains and image quality is deteriorated.
本発明の目的は、複数のランプ信号の傾きの差に基づく基準レベルの差異による画像品質の劣化を低減することができる撮像装置及び撮像装置の処理方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide an imaging apparatus and a processing method of the imaging apparatus that can reduce image quality deterioration due to a difference in reference level based on a difference in inclination of a plurality of ramp signals.
本発明の撮像装置は、光電変換部が遮光されている複数のオプティカルブラック画素を含むオプティカルブラック画素領域と、光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含む有効画素領域と、第1のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第1のランプ信号より傾きが大きい第2のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第1のランプ信号又は第2のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、前記アナログデジタル変換部が前記第1のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第1のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力し、前記アナログデジタル変換部が前記第2のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第2のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力する演算部とを有する。 The imaging device of the present invention includes an optical black pixel region including a plurality of optical black pixels whose photoelectric conversion unit is shielded from light, an effective pixel region including a plurality of effective pixels whose photoelectric conversion unit is not shielded from light, Using the ramp signal, the optical black pixel signal in the optical black pixel region is converted from analog to digital, and the second ramp signal having a slope larger than that of the first ramp signal is used to convert the optical black pixel signal in the optical black pixel region. An analog-to-digital converter that converts an optical black pixel signal from analog to digital and converts the effective pixel signal from analog to digital using the first ramp signal or the second ramp signal; A conversion unit uses the first ramp signal to analyze the effective pixel signal. When converting from digital to digital, the difference between the reference level based on the digital signal of the optical black pixel converted from analog to digital using the first ramp signal and the digital signal of the effective pixel is output, When the analog-digital conversion unit converts the signal of the effective pixel from analog to digital using the second ramp signal, the optical black converted from analog to digital using the second ramp signal A calculation unit that outputs a difference between a reference level based on the digital signal of the pixel and the digital signal of the effective pixel;
本発明によれば、複数のランプ信号の傾きの差に基づく基準レベルの差異による画像品質の劣化を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to reduce deterioration in image quality due to a difference in reference level based on a difference in inclination of a plurality of ramp signals.
図1は、本発明の実施形態による撮像装置の構成例を示すブロック図である。撮像装置は、デジタルカメラ、ビデオカメラの他、スマートフォン、タブレット、工業用カメラ、医療用カメラ等に適用可能である。撮像装置は、撮影レンズ100と、撮像素子101と、AGC(自動ゲイン制御器)102と、画像信号処理部103と、レンズ駆動部104と、マイクロコンピュータ105とを有する。撮影レンズ100は、被写体像を撮影するためのズームレンズ、フォーカスレンズ及び絞り等を有し、被写体の光像を撮像素子101上に結像する。撮像素子101は、例えばCMOSイメージセンサ等であり、撮影レンズ100により結像された被写体像の光を電気信号に変換する。AGC102は、被写体像の輝度に基づいて、撮像素子101により変換された電気信号をゲイン調整する。画像信号処理部103は、AGC102によりゲイン調整された電気信号に対して、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の画像処理、アパーチャ設定等の解像度変換処理、画像圧縮処理等の画像処理を行い、動画及び静止画等の所定のフォーマットに変換する。レンズ駆動部104は、撮影レンズ100内のズームレンズ、フォーカスレンズ及び絞り等のアクチュエータを駆動する。マイクロコンピュータ(以下、マイコンという)105は、撮像素子101、AGC102、画像信号処理部103、及びレンズ駆動部104を制御する。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an imaging apparatus according to an embodiment of the present invention. The imaging device can be applied to a smartphone, a tablet, an industrial camera, a medical camera, and the like in addition to a digital camera and a video camera. The imaging apparatus includes a photographing
次に、この撮像装置の処理方法を説明する。まず、レンズ駆動部104は、マイコン105から供給されるレンズ駆動制御信号に基づいて、撮影レンズ100内のズームレンズ、絞り、及びフォーカスレンズを駆動して、撮像素子102上に被写体像を結像させる。撮像素子101は、マイコン105からの制御信号に基づき、撮影レンズ100を介して結像された被写体像を光電変換し、内蔵するアナログデジタル変換器によりデジタル画像信号(以下、デジタルデータという)を生成する。マイコン105は、撮像素子101により生成されたデジタルデータを入力し、被写体像の明るさに基づき、撮影レンズ100内の絞りをレンズ駆動部104によって駆動させ、入射光量を調整する。AGC102は、マイコン105の制御により、撮像素子101により生成されたデジタルデータをゲイン調整して画像信号処理部103へ出力する。画像信号処理部103は、AGC102によりゲイン調整されたデジタルデータに対して、ガンマ補正、ホワイトバランス補正等の画像処理、アパーチャ設定等の解像度変換処理、画像圧縮処理等を行い、動画及び静止画等の所定フォーマットに変換する。上記の所定フォーマットは、AVCHDやJPEG等である。画像信号処理部103は、動画又は静止画をパネル等の表示部や、メモリ、ハードドライブ等の記録媒体へ供給する。
Next, a processing method of this imaging apparatus will be described. First, the
図2は、撮像素子101の構成例を示すブロック図である。撮像素子101は、異なる傾きを持つ複数のランプ信号に基づくアナログデジタル変換を行うスロープ型アナログデジタル変換部を有する。画素部200は、行列状に配置された複数の画素を有する。複数の画素の各々は、光を電荷に変換する光電変換素子(フォトダイオード)と、光電変換素子の電荷に基づく電圧を増幅するアンプと、光電変換素子に蓄積された電荷をリセットするリセット回路等を有し、垂直走査回路201により制御される。垂直走査回路201は、画素部200を制御する。具体的には、垂直走査回路201は、画素部200内の画素を行単位でリセットを行い、画素部200内の各列の画素の信号を行単位で列アンプ部202に出力させる。列アンプ部202は、コントロール回路部212により制御され、画素部200の各列の画素から出力されるアナログ画素信号を列毎に1倍、2倍等のように離散的にアナログ増幅する。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration example of the
REF回路部204は、コントロール回路部212により制御され、基準電圧Vrefを出力する。各列の比較部203は、列アンプ部202から出力される各列のアナログ画素信号と、REF回路部204から出力される基準電圧Vrefとを比較する。RAMP回路部206は、コントロール回路部212により制御され、傾きが異なる複数のランプ信号を出力する。例えば、RAMP回路部206は、図3のように、高ゲインの小さい傾きのランプ信号301及び低ゲインの大きい傾きのランプ信号300の2種類を出力する。ランプ信号300及び301は、時間経過と共にレベルが上昇する。各列のスロープ選択回路部205は、選択部であり、コントロール回路部212により制御され、各列の比較部203の比較結果に基づき、RAMP回路部206が出力する傾きが異なる複数のランプ信号300又は301を選択して出力する。各列のランプ比較部207は、各列のスロープ選択回路部205により選択されたランプ信号と、列アンプ部202が出力する各列の画素信号とを比較し、徐々に上昇するランプ信号と画素信号のレベルが一致するタイミングでカウント停止信号を出力する。すなわち、各列のランプ比較部207は、各列のOB画素又は有効画素の信号と各列のスロープ選択回路部205により選択されたランプ信号300又は301とを比較する。
The
各列のカウンタ部208は、コントロール回路部212により制御される。各列のカウンタ部208は、RAMP回路部206がランプ信号のスロープを生成開始するタイミングでカウンタ値をゼロにリセットし、その時点から各列のランプ比較部207がカウント停止信号を出力するまでの時間をカウントする。すなわち、カウンタ部208は、OB画素又は有効画素の信号とスロープ選択回路部205により選択されたランプ信号300又は301とのレベルが一致するまでの時間をカウントする。例えば、各列のカウンタ部208は、12ビットのカウンタである。各列のビットシフト部209は、乗算部であり、スロープ選択回路部205が大きい傾きのランプ信号300を選択した場合には、各列のカウンタ部208が出力するカウンタ値をデジタル的に4倍(2ビットシフト)して記憶する。上記の4倍は、傾きに応じた係数倍である。また、各列のビットシフト部209は、スロープ選択回路部205が小さい傾きのランプ信号301を選択した場合には、各列のカウンタ部208が出力するカウンタ値をそのまま記憶する。このカウンタ値は、デジタル画素信号である。アナログデジタル変換部は、比較部203、スロープ選択回路部205、ランプ比較部207、カウンタ部208及びビットシフト部209を有する。そのアナログデジタル変換部は、列アンプ部202が出力するアナログ画素信号をデジタル画素信号に変換し、デジタル画素信号を水平転送部210に出力する。
The
水平転送部210は、1行分の各列のビットシフト部209が記憶する各列のカウンタ値(デジタル画素信号)を記憶し、各列のデジタル画素信号を水平方向に1画素ずつ転送部211へ転送する。転送部211は、水平転送部210が出力するデジタル画素信号をLVDS等のフォーマットに変換して図1のAGC102に出力する。コントロール回路部212は、図1のマイコン105に対して通信信号を入出力し、撮像素子101内の各ブロックを制御する。
The
図5は、画素部200の構成例を示す図である。画素部200は、有効画素領域501と、オプティカルブラック画素領域(OB画素領域)502,503とを有する。OB画素領域502は、画素部200の上部の複数行の垂直OB画素領域である。OB画素領域503は、画素部200の左部の複数列の水平OB画素領域である。OB画素領域502及び503は、光電変換部が遮光されている複数のオプティカルブラック画素(OB画素)を含み、OB画素は黒レベルの信号を出力する。黒レベルは、アナログ画素信号の基準となる基準レベルである。有効画素領域501は、光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含み、有効画素は光電変換部の光電変換に応じた画素信号を出力する。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the
次に、図1、図2及び図3を参照しながら、傾きが異なる複数のランプ信号300及び301を用いてアナログデジタル変換を行う撮像素子101の動作を説明する。列アンプ部202は、各列のアナログ画素信号を保持する各列のアナログメモリ部を有する。コントロール回路部212は、列アンプ部202にリセット信号を出力し、列アンプ部202内の各列のアナログメモリ部のアナログ画素信号をクリアする。列アンプ部202は、OB画素領域502の各列のOB画素の黒レベルの信号を出力する。各列のランプ比較部207は、各列のOB画素の黒レベルの信号を入力する。その場合、コントロール回路部212は、スロープ選択回路部205に対して、高ゲインの小さい傾きのランプ信号301を選択するための制御信号を出力する。
Next, the operation of the
図3は、傾きが異なる複数のランプ信号300及び301を示す図である。以下、撮像素子101のアナログデジタル変換を説明する。横軸はカウンタ部208の12ビットのカウンタ値を表し、縦軸はランプ比較部207に入力されるアナログ画素信号の電圧値を表している。第1のランプ信号301は、小さい傾きのランプ信号である。第2のランプ信号300は、大きい傾きのランプ信号である。第2のランプ信号300は、第1のランプ信号301より傾きが大きい。
FIG. 3 is a diagram showing a plurality of ramp signals 300 and 301 having different inclinations. Hereinafter, analog-digital conversion of the
例えば、REF回路部204は、250[mV]の基準電圧Vrefを出力する。アナログ画素信号が250[mV]〜1000[mV]の範囲である場合、スロープ選択回路部205は、大きい傾きのランプ信号300を選択する。その場合、カウンタ部208のカウンタ値の1[LSB]当たりのアナログ画素信号の電圧値は、約244[μV]である。
For example, the
アナログ画素信号が0〜250[mV]の範囲である場合、スロープ選択回路部205は、小さい傾きのランプ信号301を選択する。その場合、カウンタ部208のカウンタ値の1[LSB]当たりのアナログ画素信号の電圧値は、約61[μV]である。
When the analog pixel signal is in the range of 0 to 250 [mV], the slope
まず、OB画素領域502の黒レベルの信号のアナログデジタル変換の動作を説明する。スロープ選択回路部205は、黒レベルの信号が基準電圧Vrefより小さいので、小さい傾きのランプ信号301を選択する。ランプ比較部207は、OB画素領域502の黒レベルのアナログ画素信号と、小さい傾きのランプ信号301とのレベルが一致するタイミングで、カウント停止信号をカウンタ部208に出力する。各列のビットシフト部209は、その時点の各列のカウンタ部208のカウンタ値を記憶する。例えば、図3に示すように、アナログ画素信号の電圧がA[mV]である場合、アナログ画素信号とランプ信号301とが一致した時のカウンタ部208のカウント値A1[LSB]がビットシフト部209に記憶される。以上のように、OB画素領域502の1行分のOB画素の黒レベルの信号をデジタル値として各列のビットシフト部209に記憶が可能となる。
First, an operation of analog-digital conversion of a black level signal in the
次に、有効画素領域501及びOB画素領域503の行の信号のアナログデジタル変換の動作を説明する。有効画素領域501には、撮影レンズ100を通過した被写体像の入射光が所定の露光時間照射される。有効画素領域501内の有効画素は、入射光を光電変換し、画素信号を出力する。OB画素領域503内のOB画素は、入射光にかかわらず黒レベルの信号を出力する。画素部200は、垂直走査回路201の制御信号に応じて、行毎に各列のアナログ画素信号を列アンプ部202に出力する。列アンプ部202は、入射光量に基づき、アナログ画素信号に対して1倍、2倍、4倍等の離散的なアナログゲインをかけることによりアナログ画素信号を増幅して出力する。REF回路部204は、例えば250[mV]の基準電圧Vrefを出力する。比較部203は、列アンプ部202のアナログ画素信号と基準電圧Vrefを比較する。スロープ選択回路部207は、アナログ画素信号が250[mV]を超えた場合には傾きが大きいランプ信号300を選択し、アナログ画素信号が250[mV]以下の場合には傾きが小さいランプ信号301を選択する。
Next, an operation of analog-digital conversion of signals in rows of the
次に、図3を用いて、列アンプ部202のアナログ画素信号が250[mV]以下の場合のアナログデジタル変換を説明する。コントロール回路部212は、カウンタ部208のカウント値をゼロクリアする。アナログ画素信号(有効画素の信号)が基準電圧Vref(250[mV])以下(閾値以下)である場合、スロープ選択回路部205は傾きが小さいランプ信号301を選択し、ランプ信号301の出力を開始する。それと共に、カウンタ部208は、カウント動作を開始する。ランプ比較部207は、アナログ画素信号とランプ信号301を比較し、両者が一致したタイミングでカウンタ停止信号をカウンタ部208に出力する。カウンタ部208は、一致したタイミングのカウンタ値をビットシフト部209に転送する。ビットシフト部209は、そのカウンタ値を記憶する。例えば、アナログ画素信号が100[mV]の場合、カウンタ部208のカウント値は、約1640[LSB]である。ここで、1[LSB]≒61[μV]である。
Next, with reference to FIG. 3, the analog-digital conversion when the analog pixel signal of the
また、アナログ画素信号(有効画素の信号)が基準電圧Vref(250[mV])より大きい場合、スロープ選択回路部205は、大きい傾きのランプ信号300を選択し、ランプ信号300の出力を開始する。それと共に、カウンタ部208は、カウント動作を開始する。ランプ比較部207は、アナログ画素信号とランプ信号300を比較し、両者が一致したタイミングでカウンタ部208にカウンタ停止信号を出力する。カウンタ部208は、一致したタイミングのカウンタ値をビットシフト部209に転送する。ビットシフト部209は、そのカウンタ値を記憶する。
When the analog pixel signal (effective pixel signal) is larger than the reference voltage Vref (250 [mV]), the slope
図3に示すように、アナログ画素信号がB[mV]の場合、アナログ画素信号とランプ信号300とが一致した時のカウンタ部208のカウント値B1[LSB]がビットシフト部209に記憶される。アナログ画素信号の電圧B[mV]が500[mV]の場合、カウンタ部208のカウント値B1は、約2049[LSB]である。ここで、1[LSB]=244[μV]である。
As shown in FIG. 3, when the analog pixel signal is B [mV], the count value B1 [LSB] of the
次に、ビットシフト部209は、スロープ選択回路部205が大きい傾きのランプ信号300を選択した場合には、カウンタ部208のカウンタ値を2ビットシフトすることにより4倍の演算を行う。大きい傾きのランプ信号300が選択された場合、アナログデジタル変換部は、250[mV]〜1000[mV]のアナログ画素信号をアナログデジタル変換するので、カウンタ部208のカウンタ値は1024[LSB]〜4095[LSB]になる。その場合、ビットシフト部209は、そのカウンタ値を4倍することにより、4096[LSB]〜16380[LSB]のカウント値を出力する。
Next, when the slope
スロープ選択回路部205が小さい傾きのランプ信号301を選択した場合、ビットシフト部209は、2ビットシフトを行わない。この場合、アナログ画素信号は、0〜250[mV]であり、カウンタ部208のカウンタ値は、0[LSB]〜4095[LSB]である。したがって、0[mV]〜1000[mV]は、0[LSB]〜16380[LSB]と疑似的に14ビットのアナログデジタル変換の階調をもつことになる。
When the slope
なお、画像信号処理部103は、小さい画素信号レベルの画像に対しては、強いガンマカーブによりガンマ補正を行うため、小さい画素信号レベルの画像は十分な階調を必要とする。これに対し、画像信号処理部103は、大きい画素信号レベルの画像に対しては、弱いガンマカーブによりガンマ補正を行うので、大きい画素信号レベルの画像は十分な階調を必要としない。
Note that the image
各列のビットシフト部209は、前述した各列の黒レベルのデジタルデータを保持しており、各列の有効画素のデジタルデータから各列の黒レベルのデジタルデータを減算し、オフセット成分やノイズ成分を除去したデジタル画素信号を水平転送部210に出力する。そして、水平転送部210は、各列の画素のデジタルデータを転送部211に転送する。転送部211は、各列の画素のデジタルデータを順次AGC部102に転送する。
The
なお、本実施形態では、比較部203とランプ比較部207を個別に構成しているが、いずれも比較器なので、共通の構成としてもよい。また、本実施形態では、傾きが2種類のランプ信号301及び301を用いてアナログデジタル変換処理を行っているが、3種類以上の傾きのランプ信号を用いてアナログデジタル変換処理を行ってもよい。以上説明したように、撮像素子101は、複数の傾きのランプ信号を用いることにより、疑似的に14ビットのアナログデジタル変換を実現する。
In the present embodiment, the
図4は、傾きが異なる複数のランプ信号300及び301を示す図である。横軸はカウンタ部208の12ビットのカウンタ値を表し、縦軸はランプ比較部207に入力されるアナログ画素信号の電圧値を表している。以下、アナログ画素信号の基準となる黒レベルの信号を、大きい傾きのランプ信号300で変換する場合と、小さい傾きのランプ信号301で変換する場合とを説明する。
FIG. 4 is a diagram showing a plurality of ramp signals 300 and 301 having different inclinations. The horizontal axis represents the 12-bit counter value of the
ランプ比較部207が黒レベルのアナログ画素信号と小さい傾きのランプ信号301とを比較すると、カウンタ部208のカウンタ値はBLKL[LSB]になる。これに対し、ランプ比較部207が黒レベルのアナログ画素信号と大きい傾きのランプ信号300とを比較すると、カウンタ部208のカウンタ値はBLKH[LSB]になる。カウンタ値BLKH[LSB]は、カウンタ値BLKL[LSB]より小さい。
When the
傾きが異なるランプ信号300及び301によるカウンタ値BLKH[LSB]及びBLKL[LSB]は、差がでる。有効画素のデジタルデータからOB画素の黒レベルのデジタルデータを減算することにより、オフセット成分やノイズ成分を低減させる。この場合、OB画素領域502のOB画素の信号と有効画素領域501の有効画素の信号とを同じ傾きのランプ信号によってアナログデジタル変換する必要がある。
There is a difference between the counter values BLKH [LSB] and BLKL [LSB] by the ramp signals 300 and 301 having different slopes. By subtracting the black level digital data of the OB pixel from the digital data of the effective pixel, the offset component and the noise component are reduced. In this case, the signal of the OB pixel in the
図5に示すように、OB画素領域502の行方向は、n行及びm行に分割される。OB画素領域502は、n行の第1のOB画素領域502a及びm行の第2のOB画素領域502bを有する。OB画素領域503の列方向は、n列及びm列に分割される。OB画素領域503は、n列の第1のOB画素領域502a及びm列の第2のOB画素領域503bを有する。例えば、撮像素子101のアナログデジタル変換部は、n行のOB画素領域502aのOB画素の黒レベルの信号に対しては、小さい傾きのランプ信号301を用いて、アナログからデジタルに変換する。また、撮像素子101のアナログデジタル変換部は、m行のOB画素領域502bのOB画素の黒レベルの信号に対しては、大きい傾きのランプ信号300を用いて、アナログからデジタルに変換する。具体的には、OB画素領域502が30行である場合、n行のOB画素領域502aが15行であり、m行のOB画素領域502bが15行である。各列のビットシフト部209は、それぞれ、各列のOB画素領域502a及び502bのOB画素のデジタルデータを保持する。
As shown in FIG. 5, the row direction of the
同様に、撮像素子101のアナログデジタル変換部は、n列のOB画素領域503aのOB画素の黒レベルの信号に対しては、小さい傾きのランプ信号301を用いて、アナログからデジタルに変換する。また、撮像素子101のアナログデジタル変換部は、m列のOB画素領域503bのOB画素の黒レベルの信号に対しては、大きい傾きのランプ信号300を用いて、アナログからデジタルに変換する。
Similarly, the analog-digital conversion unit of the
スロープ選択回路部205が小さい傾きのランプ信号301を選択した場合、アナログデジタル変換部は、小さい傾きのランプ信号301を用いて有効画素の信号をアナログからデジタルに変換する。この場合、各列のビットシフト部209は、n行のOB画素領域502aの各列のOB画素の黒レベルのデジタルデータを基に各列の黒レベルのデジタルデータを決定する。n行のOB画素領域502aのOB画素の黒レベルのデジタルデータは、小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログデジタル変換されたデータである。そして、各列のビットシフト部209は、有効画素領域501の各列の有効画素のアナログ画素信号のデジタルデータから上記の決定した各列の黒レベルのデジタルデータを減算することにより、黒レベルのオフセット成分や縦線のノイズ成分を低減する。これにより、ビットシフト部209は、共に小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログデジタル変換されたOB画素と有効画素のデジタルデータを基に減算することができる。この場合、ビットシフト部209は、演算部であり、小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログからデジタルに変換されたOB画素のデジタル信号に基づく黒レベル(基準レベル)と有効画素のデジタル信号との差分を出力する。なお、画像信号処理部103又はビットシフト部209は、OB画素領域503のデジタルデータを基に、有効画素領域501のデジタルデータの処理を行ってもよい。
When the slope
スロープ選択回路部205が大きい傾きのランプ信号300を選択した場合、アナログデジタル変換部は、大きい傾きのランプ信号300を用いて有効画素の信号をアナログからデジタルに変換する。この場合、各列のビットシフト部209は、m行のOB画素領域502bの各列のOB画素の黒レベルのデジタルデータを基に各列の黒レベルのデジタルデータを決定する。m行のOB画素領域502bのOB画素の黒レベルのデジタルデータは、大きい傾きのランプ信号300を用いてアナログデジタル変換されたデータである。そして、各列のビットシフト部209は、有効画素領域501の各列の有効画素のアナログ画素信号のデジタルデータから上記の決定した各列の黒レベルのデジタルデータを減算することにより、オフセット成分やノイズ成分を低減する。これにより、ビットシフト部209は、共に大きい傾きのランプ信号300を用いてアナログデジタル変換されたOB画素と有効画素のデジタルデータを基に減算することができる。この場合、ビットシフト部209は、演算部であり、大きい傾きのランプ信号300を用いてアナログからデジタルに変換されたOB画素のデジタル信号に基づく黒レベル(基準レベル)と有効画素のデジタル信号との差分を出力する。なお、画像信号処理部103又はビットシフト部209は、OB画素領域503のデジタルデータを基に、有効画素領域501のデジタルデータの処理を行ってもよい。
When the slope
本実施形態では、撮像装置は、OB画素領域502及び503を分割して、OB画素領域502及び503の黒レベルの信号を、傾きが異なる複数のランプ信号300及び301を用いて、アナログデジタル変換を行う例を示した。ただし、撮像装置は、フレーム毎に傾きが異なるランプ信号300及び301を用いて、OB画素領域502及び503の黒レベルの信号をアナログデジタル変換してもよい。例えば、アナログデジタル変換部は、第1のフレームでは、小さい傾きのランプ信号301を用いて、OB画素領域502及び503のOB画素の信号をアナログからデジタルに変換する。また、アナログデジタル変換部は、第2のフレームでは、大きい傾きのランプ信号300を用いて、OB画素領域502及び503のOB画素の信号をアナログからデジタルに変換する。
In the present embodiment, the imaging apparatus divides the
以上、説明したように、本実施形態の撮像素子101は、黒レベルの信号を常に小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログデジタル変換しない。撮像素子101は、n行のOB画素領域502aのOB画素及びn列のOB画素領域503aのOB画素の黒レベルの信号に対しては、小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログデジタル変換を行う。また、撮像素子101は、m行のOB画素領域502bのOB画素及びm列のOB画素領域503bのOB画素の黒レベルの信号に対しては、大きい傾きのランプ信号300を用いてアナログデジタル変換を行う。
As described above, the
スロープ選択回路部205が小さい傾きのランプ信号301を選択した場合、ビットシフト部209は、小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログデジタル変換されたOB画素のデジタルデータを用いて減算を行う。また、スロープ選択回路部205が大きい傾きのランプ信号300を選択した場合、ビットシフト部209は、大きい傾きのランプ信号300を用いてアナログデジタル変換されたOB画素のデジタルデータを用いて減算を行う。これにより、ビットシフト部209は、同じ傾きのランプ信号を用いてアナログデジタル変換された有効画素のデジタルデータとOB画素のデジタルデータを基に減算を行い、オフセット成分やノイズ成分による画質の劣化を低減することができる。
When the slope
図6は、アナログデジタル変換の際の温度等による黒レベルのオフセット成分を示す図である。横軸はカウンタ部208の12ビットのカウンタ値を表し、縦軸はランプ比較部207に入力されるアナログ画素信号の電圧値を表している。黒レベルのデジタルデータは、ランプ信号の傾きによる変動だけでなく、OB画素の内部の素子バラつきや、通電後の温度変化によっても、オフセット成分が変動する。
FIG. 6 is a diagram showing a black level offset component due to temperature or the like during analog-digital conversion. The horizontal axis represents the 12-bit counter value of the
ランプ信号300は、大きい傾きのランプ信号である。ランプ信号300ofsは、オフセット成分が生じた大きい傾きのランプ信号である。ランプ信号301は、小さい傾きのランプ信号である。ランプ信号301ofsは、オフセット成分が生じた小さい傾きのランプ信号である。カウンタ値BLKH1は、ランプ信号300を用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部208のカウンタ値である。カウンタ値BLKH2は、ランプ信号300ofsを用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部208のカウンタ値である。カウンタ値BLKL1は、ランプ信号301を用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部208のカウンタ値である。カウンタ値BLKL2は、ランプ信号301ofsを用いて、黒レベルの信号をアナログデジタル変換した場合のカウンタ部208のカウンタ値である。
The
オフセット成分OFSHは、カウンタ値BLKH1及びBLKH2の差分であり、オフセット成分を含むランプ信号300ofsを用いた場合の黒レベルのカウンタ値のオフセット成分である。オフセット成分OFSLは、カウンタ値BLKL1及びBLKL2の差分であり、オフセット成分を含むランプ信号301ofsを用いた場合の黒レベルのカウンタ値のオフセット成分である。大きい傾きのランプ信号を用いた場合のオフセット成分OFSHと、小さい傾きのランプ信号を用いた場合のオフセット成分OFSLとは、相互に異なる。 The offset component OFSH is a difference between the counter values BLKH1 and BLKH2, and is an offset component of the black level counter value when the ramp signal 300ofs including the offset component is used. The offset component OFSL is a difference between the counter values BLKL1 and BLKL2, and is an offset component of the black level counter value when the ramp signal 301ofs including the offset component is used. The offset component OFSH when a ramp signal with a large slope is used is different from the offset component OFSL when a ramp signal with a small slope is used.
本実施形態では、スロープ選択回路部205が小さい傾きのランプ信号301を選択した場合、ビットシフト部209は、小さい傾きのランプ信号301を用いてアナログデジタル変換されたOB画素のデジタルデータを用いて減算を行う。また、スロープ選択回路部205が大きい傾きのランプ信号300を選択した場合、ビットシフト部209は、大きい傾きのランプ信号300を用いてアナログデジタル変換されたOB画素のデジタルデータを用いて減算を行う。ビットシフト部209は、同じ傾きかつ同じオフセット成分を含むランプ信号を用いてアナログデジタル変換された有効画素のデジタルデータとOB画素のデジタルデータを基に減算を行い、オフセット成分やノイズ成分による画質の劣化を低減することができる。
In this embodiment, when the slope
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読み出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiments to a system or apparatus via a network or a storage medium, and one or more processors in the computer of the system or apparatus read and execute the program This process can be realized. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。 The above-described embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention should not be construed in a limited manner. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the technical idea or the main features thereof.
200 画素部、201 垂直走査回路部、202 列アンプ部、203 比較部、204 REF回路部、205 スロープ選択回路部、206 RAMP回路部、207 ランプ比較部、208 カウンタ部、209 ビットシフト部、210 水平転送部、211 転送部、501 有効画素領域、502,503 OB画素領域 200 pixel unit, 201 vertical scanning circuit unit, 202 column amplifier unit, 203 comparison unit, 204 REF circuit unit, 205 slope selection circuit unit, 206 RAMP circuit unit, 207 ramp comparison unit, 208 counter unit, 209 bit shift unit, 210 Horizontal transfer unit, 211 transfer unit, 501 effective pixel area, 502,503 OB pixel area
Claims (8)
光電変換部が遮光されていない複数の有効画素を含む有効画素領域と、
第1のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第1のランプ信号より傾きが大きい第2のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第1のランプ信号又は第2のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換するアナログデジタル変換部と、
前記アナログデジタル変換部が前記第1のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第1のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力し、前記アナログデジタル変換部が前記第2のランプ信号を用いて前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換した場合には、前記第2のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力する演算部と
を有することを特徴とする撮像装置。 An optical black pixel region including a plurality of optical black pixels in which the photoelectric conversion unit is shielded from light;
An effective pixel region including a plurality of effective pixels in which the photoelectric conversion unit is not shielded;
An optical black pixel signal in the optical black pixel region is converted from analog to digital using the first ramp signal, and the optical black is converted using the second ramp signal having a larger slope than the first ramp signal. An analog-to-digital converter that converts an optical black pixel signal in the pixel area from analog to digital, and converts the effective pixel signal from analog to digital using the first ramp signal or the second ramp signal;
When the analog-digital conversion unit converts the effective pixel signal from analog to digital using the first ramp signal, the optical black converted from analog to digital using the first ramp signal When the difference between the reference level based on the digital signal of the pixel and the digital signal of the effective pixel is output, and the analog-digital conversion unit converts the effective pixel signal from analog to digital using the second ramp signal Includes a calculation unit that outputs a difference between a reference level based on the digital signal of the optical black pixel converted from analog to digital using the second ramp signal and the digital signal of the effective pixel. An imaging device that is characterized.
前記アナログデジタル変換部は、前記第1のランプ信号を用いて、前記第1のオプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第2のランプ信号を用いて、前記第2のオプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換することを特徴とする請求項1又は2記載の撮像装置。 The optical black pixel region has a first optical black pixel region and a second optical black pixel region,
The analog-to-digital conversion unit converts the optical black pixel signal in the first optical black pixel region from analog to digital using the first ramp signal, and uses the second ramp signal to 3. The image pickup apparatus according to claim 1, wherein the signal of the optical black pixel in the second optical black pixel region is converted from analog to digital.
前記第1のランプ信号又は前記第2のランプ信号を選択する選択部と、
前記オプティカルブラック画素又は前記有効画素の信号と前記選択部により選択された前記第1のランプ信号又は前記第2のランプ信号とを比較する比較部と、
前記オプティカルブラック画素又は前記有効画素の信号と前記選択部により選択された前記第1のランプ信号又は前記第2のランプ信号とのレベルが一致するまでの時間をカウントするカウンタとを有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の撮像装置。 The analog-digital converter is
A selector for selecting the first ramp signal or the second ramp signal;
A comparison unit that compares the signal of the optical black pixel or the effective pixel with the first ramp signal or the second ramp signal selected by the selection unit;
A counter that counts a time until a level of the signal of the optical black pixel or the effective pixel matches the level of the first ramp signal or the second ramp signal selected by the selection unit. The imaging device according to any one of claims 1 to 4.
アナログデジタル変換部により、第1のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第1のランプ信号より傾きが大きい第2のランプ信号を用いて、前記オプティカルブラック画素領域のオプティカルブラック画素の信号をアナログからデジタルに変換し、前記第1のランプ信号又は第2のランプ信号を用いて、前記有効画素の信号をアナログからデジタルに変換するステップと、
演算部により、前記第1のランプ信号を用いて前記有効画素の信号がアナログからデジタルに変換された場合には、前記第1のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力し、前記第2のランプ信号を用いて前記有効画素の信号がアナログからデジタルに変換された場合には、前記第2のランプ信号を用いてアナログからデジタルに変換された前記オプティカルブラック画素のデジタル信号に基づく基準レベルと前記有効画素のデジタル信号との差分を出力するステップと
を有することを特徴とする撮像装置の処理方法。 An imaging device processing method comprising: an optical black pixel region including a plurality of optical black pixels whose photoelectric conversion unit is shielded from light; and an effective pixel region including a plurality of effective pixels whose photoelectric conversion unit is not shielded from light.
An analog-digital conversion unit converts the optical black pixel signal in the optical black pixel region from analog to digital using the first ramp signal, and outputs a second ramp signal having a slope larger than that of the first ramp signal. The optical black pixel signal in the optical black pixel region is converted from analog to digital, and the effective pixel signal is converted from analog to digital using the first ramp signal or the second ramp signal. Steps,
When the signal of the effective pixel is converted from analog to digital using the first ramp signal by the arithmetic unit, the optical black pixel converted from analog to digital using the first ramp signal When a difference between the reference level based on the digital signal of the first pixel and the digital signal of the effective pixel is output and the signal of the effective pixel is converted from analog to digital using the second ramp signal, the second And a step of outputting a difference between a reference level based on the digital signal of the optical black pixel converted from analog to digital by using the ramp signal and a digital signal of the effective pixel. Method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016185697A JP2018050234A (en) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Imaging apparatus and method of processing imaging apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016185697A JP2018050234A (en) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Imaging apparatus and method of processing imaging apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018050234A true JP2018050234A (en) | 2018-03-29 |
Family
ID=61767817
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016185697A Pending JP2018050234A (en) | 2016-09-23 | 2016-09-23 | Imaging apparatus and method of processing imaging apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018050234A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019181809A1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, imaging system, and movable object |
-
2016
- 2016-09-23 JP JP2016185697A patent/JP2018050234A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019181809A1 (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device, imaging system, and movable object |
US11212473B2 (en) | 2018-03-19 | 2021-12-28 | Canon Kabushiki Kaisha | Photoelectric conversion device having pixels comprising different size counters |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5959834B2 (en) | Imaging device | |
US10027919B2 (en) | Signal processing apparatus, image capturing apparatus, control apparatus, signal processing method, and control method | |
US11184565B2 (en) | Image pickup apparatus and its control method | |
US10284796B2 (en) | Image capture apparatus and control method thereof | |
US9918033B2 (en) | Signal processing apparatus and signal processing method, and image capturing apparatus | |
JP5222068B2 (en) | Imaging device | |
US11165978B2 (en) | Imaging device, control method thereof, and imaging apparatus | |
US10560653B2 (en) | Image sensing apparatus and control method for performing analog-to-digital conversion | |
JP2016058877A (en) | Imaging apparatus and control method thereof | |
JP2009021815A (en) | Imaging device and control method thereof | |
JP6929106B2 (en) | Imaging device and control method of imaging device | |
JP2018050234A (en) | Imaging apparatus and method of processing imaging apparatus | |
JP5222029B2 (en) | IMAGING DEVICE, IMAGING SYSTEM, AND IMAGING DEVICE CONTROL METHOD | |
JP5588729B2 (en) | Image signal processing device | |
JP2020191503A (en) | Imaging device, camera device, control method, and program | |
JP2020057882A (en) | Imaging apparatus | |
JP2020057883A (en) | Imaging apparatus | |
JP2017152839A (en) | Imaging apparatus, control method for image pickup device, and control method for image pickup device | |
JP2018170703A (en) | Imaging device, imaging apparatus, and method for controlling imaging device | |
JP6590055B2 (en) | Imaging device | |
JP7020463B2 (en) | Imaging device | |
JP6402807B2 (en) | Imaging device | |
US20140204256A1 (en) | Solid-state imaging device, imaging method, and camera module | |
JP6389693B2 (en) | Imaging apparatus, control method therefor, program, and storage medium | |
JP2024057445A (en) | Imaging device and control method thereof |